雷琼火山区地下深部大地电磁探测与电性结构分析

通过大地电磁探测发现,在海口地区地下深部存在两个低阻体(层),其一位于马鞍岭火山及其以西地区地下深部约5km以上,为浅部低阻层,推测为火山喷出玄武岩覆盖体、地下水及其它低阻物质,该低阻层以下为一正在退化的岩浆通道;其二位于琼山7．5级地震区深部约15km以下,为一直通到上地幔的深部低阻体,推测其为一正在上升的岩浆热源,即岩浆囊。另外还发现,琼州海峡南北两侧的地壳和上地幔结构在电性上具有连续性,推测整个雷琼火山区属于同一地质体,佐证了海南岛属于华南古陆的一部分。     

基于Lorenz规范的空间-波数域大地电磁三维正演

大地电磁勘探方法由于其成本低、施工简单、探测深度广等优点,广泛应用于矿产资源普查、油气勘探和深部构造研究等领域.如何提高大规模三维大地电磁数值模拟的精度和效率一直是研究热点.本文基于空间-波数域方法,实现了基于Lorenz规范的空间-波数域三维大地电磁数值模拟.基于二次场计算原理,引入Lorenz规范,将Maxwell方程组转化为关于二次场矢量位的亥姆霍兹方程;利用水平方向二维傅里叶变换,将空间域三维偏微分方程转换为多个波数下相互独立的常微分方程,方程采用二次插值有限单元法计算,得到定带宽线性方程组,方程计算量小、并行性好,采用追赶法求解,提高了算法效率;引入压缩算子,用迭代法逐次逼近真实解.充分利用了空间-波数域方法数值精度高、内存需求少、效率高的特点.设计棱柱体模型验证了算法的正确性、分析了算法的收敛性,说明算法对不同频率、不同电导率对比度模型均具有很好的适应性.利用Dublin（DTM1）模型进行三维大地电磁数值模拟,结果表明：在满足精度要求的前提下,空间-波数域算法比空间域算法占用内存少、耗时短;相比基于Coulomb规范的空间-波数域算法,基于Lorenz规范的空间-波数域方法耗时更短、占用内存更少,效率提高至少3倍以上,体现了新方法的优势.

     

华北坳陷中南部深部结构大地电磁探测

为研究华北坳陷中南部河南地区的深部电性结构和该区3次破坏性地震的深部孕震背景,采用宽频带大地电磁测深法对该区深部的电性结构进行探测。使用NLCG二维反演方法对TE、TM模式进行联合反演,最终获得研究区的深部电性结构。结果显示,以新乡-商丘断裂为界,其北部的北华北坳陷中的内黄隆起、东濮凹陷的电性结构相对简单,为低阻、高阻2层结构,与该区地壳由沉积盖层和基底整体性较好的坚硬地块结晶基底组成相对应。新乡-商丘断裂以南的南华北坳陷中的构造单元深部的电性结构相对复杂,纵向上表现为低—高—低3层结构,横向上高阻、低阻交互出现,分析其可能与受到扬子板块与华北板块南缘相互俯冲碰撞影响有关。而北华北坳陷因边界断裂———新乡-商丘断裂的调控,受到扬子板块和秦岭-大别造山带造山作用的影响较小。1342年和1918年河南通许2次破坏性地震的震源位于太康隆起下方的高、低阻边界交接区域,1737年河南封丘■级地震的震源位于壳内高、低阻梯度带附近。     

松辽盆地北部地热场深部控制因素研究: 基于大地电磁探测的结果

松辽盆地北部存在中低温地热场,地热场呈现中间高、四周环状降低的特征.松辽盆地内部形成高地热场的主要因素,一是深部热源供给;二是浅部热能储集.通过深部结构特征研究可揭示热源及热储的分布及相互联系,对松辽盆地北部地热场成因研究具有重要意义.为了揭示松辽盆地北部地热场的深部控制因素,本文基于古龙镇至依安县的246 km长大地电磁剖面,对71个宽频测点数据通过傅里叶变换、Robust估计以及相位张量分解等处理手段,在精细分析维性特征及电性主轴的基础上,利用非线性共轭梯度反演获得了剖面40 km深二维电性结构模型.研究发现：电阻率模型具有"纵向分层,横向分块"的特征,以水热性温泉富集的林甸地区为界,剖面南北两侧电性结构存在明显的差异,南侧呈现"低阻-高阻-低阻"的三元电性结构,北侧呈现"低阻"的一元电性结构,这两种结构与地温场分布具有良好的对应关系,林甸以南的三元电性结构区对应高地热异常,以北的一元电性结构区热异常下降明显;林甸地区位于这两种端元的分界区,地表温泉丰富,且发育有基底断裂,为水热型地热发育的"热点"地区;林甸南北两侧深部存在两个高导体C1、C2,这与普遍认识的松辽盆地存在软流圈隆起有关,说明盆地下方具有统一的热源,部分熔融热物质作为深部热源向上传递热量,不同之处在于林甸以南地区,中地壳存在巨厚高阻特征的前寒武纪结晶基底R1,为地热的保存提供了有利条件,而林甸以北地区深部缺少聚集热量的结晶基底,导致地热异常迅速降低.     

东昆仑断裂带东端和2017年九寨沟7.0级地震区深部电性结构探测

东昆仑断裂带是青藏高原北部一条近EW走向的巨型断裂,其东南尾端发生分叉形成了复杂的马尾状断裂系统,2017年在该区域发生了九寨沟M_S7. 0地震。文中对跨过东昆仑断裂带东端和九寨沟地震区的3条剖面上的大地电磁探测数据进行处理分析,采用三维电磁成像反演技术获取了三维深部电性结构图像。所得结果表明,东昆仑断裂带东端及周边区域内的东昆仑断裂、白龙江断裂和光盖山-迭山断裂表现出向SW倾斜的电性差异带,这些断裂向下延伸并合并于中下地壳的低阻层中,共同组成了由南向北扩展的花状构造。在马尾状构造中,隐伏的虎牙断裂带(北段)在深部表现为明显的低阻边界带;塔藏断裂的规模明显小于虎牙断裂(北段),并与虎牙断裂(北段)组成单侧花状结构;白龙江断裂和光盖山-迭山断裂依然表现为由南向北扩展的花状构造,2组花状结构在深部衔接并统一归并于壳内的低阻层中。2017年九寨沟7. 0级地震的震源区位于高、低阻交界区域,处于松潘-甘孜地块壳内低阻层向NE涌动的端点附近,根据震源区的电性结构和流变结构推测震源深度≤11km。虎牙断裂(北段)的延伸深度和规模大于东侧的塔藏断裂,是2017年九寨沟地震的发震...     

江西相山火山盆地地质结构研究:来自大地电磁测深及三维地质建模的证据

江西省相山火山盆地是我国第一大、世界第三大火山岩型铀矿田,其西部牛头山一带铀矿勘探中发现深部有大垂幅的Pb-Zn-Ag矿化.60多年来,以该矿田为对象开展的研究取得了一系列丰硕成果,但对火山机构的认识仍不确定.我们采集了涵盖该火山盆地主要地质体的1386块钻孔岩芯标本和243块地表岩石标本,开展了电阻率、磁化率、密度等物性参数测量,并在火山盆地中施测了19条MT剖面（2条骨干剖面和17条精细剖面）,对3000 m以浅主要地层、岩体和断裂带等目标地质体的三维展布特征进行了解译和三维建模.研究结果表明：（1）相山火山盆地具有变质岩-花岗岩双基底.基底变质岩系顶界面表现为南北分带（三隆间两凹）和东西分块（两垒夹一堑）的三维地质格局;南西部有加里东期花岗岩侵入,具有似层状的空间展布特征;盆地基底变质岩系与上覆火山-沉积岩盖层之间呈连续的水平低阻异常带,不整合界面清晰.（2）打鼓顶组火山岩呈似层状产出,主要分布于盆地西部;在河元背-船坑-杏树下一带识别出近东西走向厚层的流纹英安岩凹槽,相山铀矿田西部探明的主要铀矿床分布在该凹槽内或其边缘.鹅湖岭组火山岩总体形态呈蘑菇状,在盆地中部厚度较大.在相山主峰半径约2 km的范围内,发现自下而上贯通式的低阻异常,推测是鹅湖岭组碎斑熔岩喷发的通道相（火山颈相）,其火山颈呈陡立管状,深部向南东倾伏,浅部向南东撒开.后期花岗斑岩呈岩墙-岩床组合状,总体构成一个向西开口的环形岩体.打鼓顶期主要岩浆通道位于相山顶-巴山之间,次岩浆通道位于河元背;鹅湖岭期火山活动主岩浆通道也位于相山顶-巴山之间,次岩浆通道位于河元背、阳家山（芙蓉山）、严坑和柏昌.（3）火山盆地中断裂构造发育,MT测量结果显示存在7条北东向、4条北西向和1条南北向格架性断裂构造（其中一条新发现的北东向断裂隐伏于白垩纪红盆之下）,盆地北部发育1条弧形火山塌陷构造,表现为大规模延续的低阻异常带.

     

上地幔电导率-温度关系及在大地电磁测深法中应用综述

上地幔热结构的研究对探索地球内部物质状态和岩石圈形成演化过程, 评估自然资源的存储状况, 监控火山区岩浆活动从而降低自然灾害风险等有着重要的意义.本文概述了基于不同岩石物理学高温高压实验得到的上地幔矿物电导率-温度关系.通过分析并对比前人的实验结果, 讨论了不同实验得到的同一矿物的电导率-温度经验关系中参数差异产生的原因.大地电磁测深法(MT)以其探测深度大, 受浅部高阻体影响较小且对低阻体分辨率较高等特点, 在研究壳幔电性结构、热状态和地球动力学机制中得到了广泛的应用.以MT得到的上地幔电阻率模型为基础, 结合岩石物理学实验标定的矿物电导率-温度经验关系, 建立上地幔的温度和熔融百分比模型, 这项工作在研究上地幔热状态中起着不可或缺的作用.笔者总结并讨论了前人以MT方法获得电性结构为基础, 利用电导率-温度经验关系评价上地幔热状态的应用实例, 并对未来的研究工作做了展望, 同时对其可行性做了评估.

     

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(七)——云南盈江——龙陵地震区深部电性结构及孕震环境

本文对一条布设在滇西盈江—龙陵地区的大地电磁剖面(苏典—中山剖面)数据进行了精细处理和二维反演解释,得到了测区较高置信度的二维电性结构.该电性模型纵向上表现为高阻-低阻-高阻的"三明治"式岩石圈电性结构,上地壳为平均厚度约为10km的高阻地层,在约6～16km地壳深度范围发育有电阻率为几欧姆米的显著高导层,下地壳底部和上地幔顶部表现为电性较为均匀的相对高阻层.横向上自西向东划分出以大盈江断裂带、龙陵—瑞丽断裂带为限的3个主要构造区域.壳内分布的高导层沿剖面表现出一定的横向不均匀性,其在龙陵—瑞丽断裂带下方消失,在该处形成了腾冲地块和保山地块的电性构造边界.电性结构表明,大盈江断裂附近高导层顶界面浅,两侧高阻体厚度小,因此难以形成较大规模的相互作用,致其附近浅震源、小震级的地震活跃;龙陵—瑞丽断裂两侧的高阻体较厚,易积累较大的应力,具有大震的深部孕震环境,故其附近发生过多次7级以上强震.     

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究（四）——阻抗张量分解的多测点-多频点统计成像分析

基于大地电磁阻抗张量分解技术,本文提出了两种电性主轴方位的统计描述图像：随频率变化的统计分布成像（频率分布云图）和随测点序列变化的统计分布成像（测点分布云图）.这两种图像与传统的统计玫瑰图一起,较全面地描述了最佳主轴的分布特征.在进行构造维性分析过程中,通过定义二维有效因子e2d,来压制一维结构和三维结构、突出纯二维结构的影响.e2d被用于电性主轴的统计加权,有效地起到了滤波的作用;同时,统计成像中还考虑了数据质量的影响.为了得到稳定、高质量的区域阻抗张量数据,提出并实现了共主轴的多测点-多频点阻抗张量分解新算法.最终,完成了以上各项处理手段的可视化实现.本文通过两个理论模型和一个实测算例,以共轭阻抗法（CCZ法）为基础,展示了这一新技术的有效性.